一種在非氧環(huán)境下氣體響應(yīng)靈敏度的測(cè)算系統(tǒng)及方法
【專利摘要】一種在非氧環(huán)境下氣體響應(yīng)靈敏度的測(cè)算系統(tǒng)及方法，所述測(cè)算系統(tǒng)，包括：非氧環(huán)境、氣室、VOC氣體傳感器、信號(hào)采集與傳輸系統(tǒng)及上位機(jī)；氣室為非氧環(huán)境的氣室；所述測(cè)算方法包括：S1.獲得真空環(huán)境的氣室；S2.將VOC氣體傳感器與分壓電阻串接組成分壓電路；S3.配氣；S4.測(cè)量分壓電阻的輸出電壓，計(jì)算得到VOC氣體傳感器吸附時(shí)在被測(cè)氣體中的電壓；選擇合適的分壓電阻；S5.使VOC氣體傳感器脫附，測(cè)量分壓電阻的輸出電壓，計(jì)算得到VOC氣體傳感器脫附后在空氣中的電壓；S6.運(yùn)算獲得氣體響應(yīng)靈敏度S。本發(fā)明可以獲得無(wú)氧環(huán)境下VOC氣體傳感器在待測(cè)氣體中的響應(yīng)特性。
【專利說(shuō)明】一種在非氧環(huán)境下氣體響應(yīng)靈敏度的測(cè)算系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氣體靈敏度的測(cè)算系統(tǒng)及方法，尤其涉及一種在非氧環(huán)境下氣體 響應(yīng)靈敏度的測(cè)算系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，在氣體傳感器的研制過(guò)程中需要研究傳感器在不同環(huán)境和工作條件下的氣 體響應(yīng)特性，衡量傳感器的優(yōu)劣，總結(jié)摸索出傳感器的最佳工作狀態(tài)，這離不開(kāi)良好的測(cè)試 設(shè)備。一般地，當(dāng)可檢知的氣體存在時(shí)，該氣體的濃度越高，傳感器的電導(dǎo)率就越高。將這 種電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與氣體濃度對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。VOC氣體傳感器在有氧環(huán)境下的特性 被廣泛研究，然而，在工業(yè)實(shí)際應(yīng)用中，氣體檢測(cè)時(shí)常需要在一些較為惡劣的環(huán)境下進(jìn)行， 特別是一些如礦井等缺氧環(huán)境中，在這些環(huán)境中傳感器的響應(yīng)特性與有氧環(huán)境中存在較大 差異，其檢測(cè)精度必然受到影響，為了得到VOC氣體傳感器在無(wú)氧環(huán)境下對(duì)氣體檢測(cè)數(shù)據(jù) 的支持，測(cè)試傳感器無(wú)氧環(huán)境下在待測(cè)氣體中的響應(yīng)特性尤為重要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種在非氧環(huán)境下氣體響應(yīng)靈敏度的測(cè)算系統(tǒng) 及方法，以獲得無(wú)氧環(huán)境下VOC氣體傳感器在待測(cè)氣體中的響應(yīng)特性。
[0004] 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種在非氧環(huán)境下氣體響應(yīng)靈敏度的測(cè)算系統(tǒng)，包括： 非氧環(huán)境、氣室、V0C氣體傳感器、信號(hào)采集與傳輸系統(tǒng)及上位機(jī)；
[0005] 所述氣室內(nèi)為非氧環(huán)境；
[0006] 所述信號(hào)采集與傳輸系統(tǒng)，包括
[0007] 分壓電路，所述分壓電路為V0C氣體傳感器與分壓電阻R,串接組成，用于輸出V0C 傳感器脫附后在空氣中的輸出電壓Vair和V0C傳感器吸附時(shí)在被測(cè)氣體中的輸出電壓vgas ;
[0008] A/D轉(zhuǎn)換模塊，與分壓電路連接，用于將分壓電路輸出的V&和Vgas的電壓模擬信 號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓數(shù)字信號(hào)；
[0009] 微處理器，與A/D轉(zhuǎn)換模塊連接，用于A/D轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后vair和Vgas的電壓信號(hào) 進(jìn)行預(yù)處理，輸出V&和v gas可供顯示及傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)；
[0010] 數(shù)據(jù)傳輸模塊，與微處理器連接，用于使微處理器輸出的Vair和Vgas的數(shù)字信號(hào)傳 輸至上位機(jī)；
[0011] 所述上位機(jī)，與數(shù)據(jù)傳輸模塊連接，接收數(shù)據(jù)傳輸模塊傳輸?shù)腣&和vgas的數(shù)字信 號(hào)，運(yùn)算得到非氧環(huán)境下V0C氣體傳感器在氣室內(nèi)的被測(cè)氣體中的氣敏響應(yīng)靈敏度。
[0012] 進(jìn)一步的，本系統(tǒng)還包括加熱裝置，使液體原料氣樣品加熱汽化為氣態(tài)原料氣，其 安裝在氣室內(nèi)，為對(duì)準(zhǔn)液體原料氣樣品的進(jìn)樣口放置。
[0013] 進(jìn)一步的，本系統(tǒng)還包括顯示模塊，與微處理器連接，用于顯示微處理器輸出的 和Vgas的數(shù)值
[0014] 一種在非氧環(huán)境下氣體響應(yīng)靈敏度的測(cè)算方法，包括如下步驟：
[0015] S1、獲得真空環(huán)境的氣室；
[0016] S2、將v〇c氣體傳感器與分壓電阻&串接組成分壓電路；
[0017] S3、配氣；
[0018] S4、測(cè)量分壓電阻心的輸出電壓，計(jì)算得到V0C氣體傳感器吸附時(shí)在被測(cè)氣體中 的輸出電壓v gas;
[0019] S5、使v〇c氣體傳感器脫附，測(cè)量分壓電阻R,的輸出電壓，計(jì)算得到V0C氣體傳感 器脫附后在空氣中的輸出電壓V..
[0020] S6、運(yùn)算獲得氣體響應(yīng)靈敏度s ;
[0021] S7、改變通入氣室內(nèi)原料氣的濃度，重復(fù)步驟S2-S6 ;
[0022] S8、更換通入氣室內(nèi)的原料氣的種類，重復(fù)步驟S1_S7。
[0023]進(jìn)一步的，運(yùn)算氣體響應(yīng)靈敏度的方法為：
[0024]對(duì)于p型V0C氣體傳感器，氣體響應(yīng)靈敏度S為元件在空氣中阻值與元件吸附氣 體后阻值的比：
[0025]

【權(quán)利要求】
1. 一種在非氧環(huán)境下氣體響應(yīng)靈敏度的測(cè)算系統(tǒng)，其特征在于，包括：非氧環(huán)境、氣 室、VOC氣體傳感器、信號(hào)采集與傳輸系統(tǒng)及上位機(jī)； 所述氣室內(nèi)為非氧環(huán)境； 所述信號(hào)采集與傳輸系統(tǒng)，包括 分壓電路，所述分壓電路為VOC氣體傳感器與分壓電阻&串接組成，用于輸出VOC傳 感器脫附后在空氣中的輸出電壓Vail?和VOC傳感器吸附時(shí)在被測(cè)氣體中的輸出電壓Vgas ; A/D轉(zhuǎn)換模塊，與分壓電路連接，用于將分壓電路輸出的V&和Vgas的電壓模擬信號(hào)轉(zhuǎn) 換為電壓數(shù)字信號(hào)； 微處理器，與A/D轉(zhuǎn)換模塊連接，用于A/D轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后V&和Vgas的電壓信號(hào)進(jìn)行 預(yù)處理，輸出V&和Vgas可供顯示及傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)； 數(shù)據(jù)傳輸模塊，與微處理器連接，用于使微處理器輸出的Vail·和vgas的數(shù)字信號(hào)傳輸至 上位機(jī)； 所述上位機(jī)，與數(shù)據(jù)傳輸模塊連接，接收數(shù)據(jù)傳輸模塊傳輸?shù)腣&和vgas的數(shù)字信號(hào)， 運(yùn)算得到非氧環(huán)境下VOC氣體傳感器在氣室內(nèi)的被測(cè)氣體中的氣敏響應(yīng)靈敏度。
2. 如權(quán)利要求1所述的在非氧環(huán)境下氣體響應(yīng)靈敏度的測(cè)算系統(tǒng)，其特征在于：還包 括加熱裝置，使液體原料氣樣品加熱汽化為氣態(tài)原料氣，其安裝在氣室內(nèi)，為對(duì)準(zhǔn)液體原料 氣樣品的進(jìn)樣口放置。
3. 如權(quán)利要求1所述的在非氧環(huán)境下氣體響應(yīng)靈敏度的測(cè)算系統(tǒng)，其特征在于：還包 括顯示模塊，與微處理器連接，用于顯示微處理器輸出的和V gas的數(shù)值。
4. 一種在非氧環(huán)境下氣體響應(yīng)靈敏度的測(cè)算方法，其特征在于，包括如下步驟： 51、 獲得真空環(huán)境的氣室； 52、 將VOC氣體傳感器與分壓電阻&串接組成分壓電路； 53、 配氣； 54、 測(cè)量分壓電阻&的輸出電壓，計(jì)算得到VOC氣體傳感器吸附時(shí)在被測(cè)氣體中的輸 出電壓vgas; 55、 使VOC氣體傳感器脫附，測(cè)量分壓電阻&的輸出電壓，計(jì)算得到VOC氣體傳感器脫 附后在空氣中的輸出電壓Vail·; 56、 運(yùn)算獲得氣體響應(yīng)靈敏度S ; 57、 改變通入氣室內(nèi)原料氣的濃度，重復(fù)步驟S2-S6 ; 58、 更換通入氣室內(nèi)的原料氣的種類，重復(fù)步驟S1-S7。
5. 如權(quán)利要求4所述的在非氧環(huán)境下氣體響應(yīng)靈敏度的測(cè)算方法，其特征在于，運(yùn)算 氣體響應(yīng)靈敏度的計(jì)算公式為： 對(duì)于P型V0C氣體傳感器，氣體響應(yīng)靈敏度S為元件在空氣中阻值與元件吸附氣體后 阻值的比： S-J丄 對(duì)于N型V0C氣體傳感器，氣體響應(yīng)靈敏度S定義為元件在空氣中阻值與元件吸附氣 體后阻值的比： S 二 k Rs V-V V-V 其中，尺二 ai" Rl R = gas R,: vair和vgas分別為voc氣體傳感器脫附 air gas 后在空氣中的輸出電壓和VOC氣體傳感器吸附時(shí)在被測(cè)氣體中的輸出電壓，V為分壓電路 的供電電壓，心為分壓電阻。
6. 如權(quán)利要求4所述的在非氧環(huán)境下氣體響應(yīng)靈敏度的測(cè)算方法，其特征在于，獲得 真空環(huán)境的氣室采用的方法為下述中的一種： (1) 使用抽氣泵將氣室內(nèi)的空氣抽出法：把抽氣泵的進(jìn)樣口密封，從氣室的抽氣口把 氣室內(nèi)的空氣抽出，抽氣口的橡膠管收縮變癟后，氣室內(nèi)為真空環(huán)境或接近真空； (2) 惰性氣體排氣法：向氣室內(nèi)通入惰性氣體，其中，氦氣和氖氣使用向下排氣法充入 氣室，氦氣、氪氣和氣氣使用向上排氣法充入氣室。
7. 如權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述配氣的步驟為：把一定量的氣態(tài)或 蒸汽態(tài)的原料氣加入已知容積的氣室中，充入稀釋氣后混勻制成被測(cè)氣體，所述原料氣是 單一氣體或已知濃度的混合氣體，其中，得到原料氣的濃度的方法為下述中的一種： (1) 在直接向氣室通入原料氣時(shí)，使用質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量通入的原料氣的量； (2) 使用的原料氣為液態(tài)時(shí)，抽取一定量液態(tài)原料氣注入氣室內(nèi)的加熱裝置中，使液態(tài) 加熱汽化為氣態(tài)，通過(guò)下述公式計(jì)算得知?dú)饣蟮脑蠚獾臐舛戎担? ρΧνΧω%/Μ= cXVl/(22. 4X (273+T)/273) v = (273/(273+T)) XVLXcXM/(22. 4X P X ω % ) 式中，P是有機(jī)液體的密度，ω%是有機(jī)液體中被測(cè)成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，M是被測(cè)氣體的 摩爾質(zhì)量，T氣室內(nèi)的攝氏溫度，'為氣室的體積。
8. 如權(quán)利要求4所述的在非氧環(huán)境下氣體響應(yīng)靈敏度的測(cè)算方法，其特征在于：獲得 氣體響應(yīng)靈敏度的方法為： A/D轉(zhuǎn)換模塊將步驟S4和步驟S5中的分壓電路輸出的V&和Vgas的電壓模擬信號(hào)轉(zhuǎn) 換為電壓數(shù)字信號(hào)； 微處理器接收經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后的V&和Vgas的電壓數(shù)字信號(hào)； 數(shù)據(jù)傳輸模塊使微處理器輸出的Vail·和vgas的數(shù)字信號(hào)傳輸至上位機(jī)； 顯示模塊實(shí)時(shí)顯示微處理器輸出的和vgas的數(shù)值； 上位機(jī)接收數(shù)據(jù)傳輸模塊傳輸?shù)腣&和Vgas的數(shù)字信號(hào)，根據(jù)權(quán)利要求5中的公式運(yùn)算 得到非氧環(huán)境下V0C氣體傳感器在被測(cè)氣體中的氣敏響應(yīng)度。
9. 如權(quán)利要求8所述的在非氧環(huán)境下氣體響應(yīng)靈敏度的測(cè)算方法，其特征在于：上位 機(jī)還繪制出V&和Vgas的實(shí)時(shí)變化曲線，顯示V0C傳感器的電阻信號(hào)Rg，并繪制出電阻變化 曲線；還繪制出V0C氣體傳感器的氣敏響應(yīng)靈敏度變化曲線，顯示出氣敏響應(yīng)靈敏度的實(shí) 時(shí)數(shù)值。
【文檔編號(hào)】G01N27/00GK104297297SQ201410578622
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月24日
【發(fā)明者】孫炎輝, 杜海英, 宋鵬, 錢瑞, 陳詩(shī)堯 申請(qǐng)人:大連民族學(xué)院